第九章 控制电机定稿PPT讲稿.ppt
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1、第九章 控制电机定稿1第1页,共36页,编辑于2022年,星期二第第9章章 控制电机控制电机 教学要求:教学要求:1.了解交流伺服电动机的结构和工作原理了解交流伺服电动机的结构和工作原理;2.了解直流伺服电动机的结构和工作原理了解直流伺服电动机的结构和工作原理;3.了解交流测速发电机的结构和工作原理了解交流测速发电机的结构和工作原理;4.了解步进电动机的结构和工作原理。了解步进电动机的结构和工作原理。2第2页,共36页,编辑于2022年,星期二交交流流伺伺服服电电动动机机直直流流伺伺服服电电动动机机交交流流测测速速发发电电机机直直流流测测速速发发电电机机步步进进电电动动机机原原理理概概述述三相
2、三相反应反应式步式步进电进电动机动机的工的工作原作原理机理机控制电机控制电机伺服电动机伺服电动机测速电动机测速电动机步进电动机步进电动机3第3页,共36页,编辑于2022年,星期二 前前前前面面面面介介介介绍绍绍绍的的的的异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机、直直直直流流流流电电电电动动动动机机机机等等等等都都都都是是是是作作作作为为为为动动动动力力力力使用的,其主要任务是能量的转换。使用的,其主要任务是能量的转换。使用的,其主要任务是能量的转换。使用的,其主要任务是能量的转换。各种控制电机有各自的控制任务:各种控制电机有各自的控制任务:如如:伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱伺服电
3、动机将电压信号转换为转矩和转速以驱动控制对象;测速发电机将转速转换为电压,并传动控制对象;测速发电机将转速转换为电压,并传动控制对象;测速发电机将转速转换为电压,并传动控制对象;测速发电机将转速转换为电压,并传递到递到 输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号转换为角位移或线位移。转换为角位移或线位移。本章介绍的各种本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和控制电机的主要任务是转换和传递控制信号,传递控制信号,传递控制信号,传递控制信号,能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。控制电机的种类很多,本章只讨论常用的几种
4、控制电机的种类很多,本章只讨论常用的几种:伺服电机、测速电机、步进电机。伺服电机、测速电机、步进电机。对控制电机的主要要求:对控制电机的主要要求:动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重量轻、重量轻、重量轻、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。4第4页,共36页,编辑于2022年,星期二伺服电动机可分为两类:伺服电动机可分为两类:伺服电动机又称执行电动机。其伺服电动机又称执行电动机。其功能是功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度
5、,驱动控制对象。移和角速度,驱动控制对象。交流伺服电动机交流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机第一节第一节 伺服电动机伺服电动机 伺服电动机可控性好,反应迅速。是自动控伺服电动机可控性好,反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。5第5页,共36页,编辑于2022年,星期二一、一、交流伺服电动机交流伺服电动机 交流伺服电动机就是一台交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差它的定子上装有空间互差9090 的的两个绕组:励两个绕组:励磁绕组和控制绕组。如图示:磁绕组和控制绕组。如图示:励磁绕组和控
6、制绕组它们可以有相同或不同的励磁绕组和控制绕组它们可以有相同或不同的匝数。匝数。励磁绕组运行时接到电压为励磁绕组运行时接到电压为Uf的交流电源上,的交流电源上,另一相作为控制绕组,控制绕组输入控制信号电另一相作为控制绕组,控制绕组输入控制信号电压压Uk。电压电压Uf和和Uk同频率,同频率,一般为一般为50 Hz或或400 Hz。6第6页,共36页,编辑于2022年,星期二交流伺服电动机结构交流伺服电动机结构交流杯形伺服电动机交流杯形伺服电动机1 1 励磁绕组励磁绕组 2 2 控制绕组控制绕组 3 3 内定子内定子 4 4 外定子外定子 5 5转子转子;7第7页,共36页,编辑于2022年,星期
7、二1、伺服电动机的内部结构、伺服电动机的内部结构 常常用用的的转转子子结结构构有有两两种种形形式式:高高电电阻阻笼笼型型转转子子和和非非磁磁性性空空心心杯杯转转子子。高高电电阻阻笼笼型型转转子子的的结结构构和和普普通通笼笼型型感感应应电电动动机机一一样样,但但是是为为了了减减小小转转子子的的转转动动惯惯量量,常常将将转转子子做做成成细细而而长长的的形形状状。笼笼型型转转子子的的导导条条和和端端环环可可以以采采用用高高电电阻阻率率的的材材料料(如如黄黄铜铜、青青铜铜等等)制制造造,也也可可采采用用铸铸铝铝转转子子。目目前前我我国国生生产产的的SL系系列列两两相相交交流流伺伺服服电电动动机机就就采
8、采用铸铝转子。用铸铝转子。8第8页,共36页,编辑于2022年,星期二杯型转子伺服电动机的结构如图杯型转子伺服电动机的结构如图9-1所示。所示。电动机电动机中除了有和一般感应电动机一样的定子外,中除了有和一般感应电动机一样的定子外,还有还有一个内定子。一个内定子。内定子是由硅钢片叠压而成的圆柱内定子是由硅钢片叠压而成的圆柱体,体,通常内定子上无绕组,通常内定子上无绕组,只是代替笼形转子只是代替笼形转子铁心作为磁路的一部分,铁心作为磁路的一部分,作用是减少主磁通磁路作用是减少主磁通磁路的磁阻。的磁阻。在内外定子之间有一个细长的、在内外定子之间有一个细长的、装在装在转轴上的空心杯形转子,转轴上的空
9、心杯形转子,杯形转子通常用非磁性杯形转子通常用非磁性材料铝或铜制成,材料铝或铜制成,壁很薄,壁很薄,因而具有较大的转因而具有较大的转子电阻和很小的转动惯量。子电阻和很小的转动惯量。杯形转子可以在内外杯形转子可以在内外定子间的气隙中自由旋转,定子间的气隙中自由旋转,电动机依靠杯形转子电动机依靠杯形转子内感应的涡流与气隙磁场作用而产生电磁转矩。内感应的涡流与气隙磁场作用而产生电磁转矩。9第9页,共36页,编辑于2022年,星期二2.工作原理工作原理 图图9-2所所示示为为两两相相交交流流伺伺服服电电动动机机的的原原理理图图。两两相相绕绕组组轴轴线线位位置置在在空空间间相相差差90电电角角度度,当当
10、两两相相绕绕组组分分别别加加以以交交流流电电压压 以以后后,就就会会在在气气隙隙中中产产生生旋旋转转磁磁场场。当当转转子子导导体体切切割割旋旋转转磁磁场场的的磁磁力力线线时时,便便会会感感应应电电动动势势,产产生生电电流流,转转子子电电流流与与气气隙隙磁磁场场相相互互作作用用产产生生电电磁磁转转矩矩,使转子随旋转磁场的方向而旋转。使转子随旋转磁场的方向而旋转。10第10页,共36页,编辑于2022年,星期二11第11页,共36页,编辑于2022年,星期二 工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流 和和 的的相位差近于相位差近于90,因此便产生两相旋转磁场。在因此便产生两相旋转磁场。
11、在旋转磁场的作用下,转子便转动起来。旋转磁场的作用下,转子便转动起来。控制电压控制电压 与电源电压与电源电压 频率相同,频率相同,相位相同或反相。相位相同或反相。加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励保持励磁电压不变磁电压不变),由于旋转磁场的旋转方向发生变,由于旋转磁场的旋转方向发生变化,使电动机转子反转。化,使电动机转子反转。交流伺服电动机的特点:交流伺服电动机的特点:在电动机运行时如在电动机运行时如果控制电压变为零,电动机立即停转。果控制电压变为零,电动机立即停转。12第12页,共36页,编辑于2022年,星期二图图图图9-3 9-3 不同控制电压下的机械特
12、性曲线不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线n n=f f(T T),),U U1 1=常数常数常数常数 交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。在励磁电压不变的情况下,随着控制电压的在励磁电压不变的情况下,随着控制电压的下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时,下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时,电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。T TU U2 20.8 U20.6 U20.40.4 U U2 2OnT
13、TL L13第13页,共36页,编辑于2022年,星期二 交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W,电源频率分电源频率分50Hz、400Hz等多种。等多种。它的应用很广泛,如用它的应用很广泛,如用在各种自动控制、在各种自动控制、自动记录等系统中。自动记录等系统中。应用应用应用应用:因此,因此,杯形转子交流伺服电动机的优点杯形转子交流伺服电动机的优点为转动惯量小,为转动惯量小,摩擦转矩小,摩擦转矩小,因此快速因此快速响应好;运行平稳,噪声小,但转速变化响应好;运行平稳,噪声小,但转速变化与控制电压是非线性的关系。与控制电压是非线性的关系。14第14页,共36页,
14、编辑于2022年,星期二二、二、直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机的结构与直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相直流电动机基本相同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。直流伺服电动机的直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机工作原理也与直流电动机相同。相同。供电方式:供电方式:他励供电。励磁绕组和电枢分别由两个独他励供电。励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。立的电源供电。U1为励磁电压为励磁电压U2为电枢电压为电枢电压MU1I1I2U2放放放放大大大大器器
15、器器U+直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图15第15页,共36页,编辑于2022年,星期二由机械特性可知:由机械特性可知:(1)(1)一定负载转矩下,当磁通不变时,一定负载转矩下,当磁通不变时,一定负载转矩下,当磁通不变时,一定负载转矩下,当磁通不变时,U2 n n。(2)(2)U2=0时,电机立即停转。时,电机立即停转。电动机反转:电动机反转:改变电枢电压的极性,电动机反转。改变电枢电压的极性,电动机反转。改变电枢电压的极性,电动机反转。改变电枢电压的极性,电动机反转。直流伺服电机的机械直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同特性与他励直流电机相同一样,也可用下式表示一样,也可用下
16、式表示机械特性曲线如图所示。机械特性曲线如图所示。直流伺服电动机的机械特性直流伺服电动机的机械特性n=f(T)曲线曲线(U1=常数常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO16第16页,共36页,编辑于2022年,星期二图图9-7 电枢控制直流伺服电动机的调节特性电枢控制直流伺服电动机的调节特性 nOUaT L1T L2T L3T L1T L2 T L3负载转矩负载转矩T恒定恒定时,转速时,转速n与与电枢电压电枢电压U也也是成线性关系是成线性关系的。的。17第17页,共36页,编辑于2022年,星期二 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率
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